1.4.2. Опыт применения авиационных двигателей в гпа

Газовая промышленность развивается высокими темпами. Это требует разработки новых методов повышения надежности и экономической эффек­тивности строительства и эксплуатации объектов КС и линейной части газо­проводов [1,2, 6, 8, 12, 37, 56, 89, 90, 98].

В последние годы одним из таких методов является строительство и ре­конструкция компрессорных станций с газоперекачивающими агрегатами с приводами от авиационных двигателей. Особенности конструкции авиаци­онных двигателей, а также их функциональных систем позволяют резко со­кратить сроки строительства и реконструкции компрессорных станций и уменьшить объем необходимых капиталовложений.

В настоящее время использование авиационных газотурбинных двигате­лей в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства является актуальной задачей. Газотурбинные двигатели авиационного типа применя­ются в качестве силовых приводов буровых и насосных установок, аварий­но-резервных и пиковых электростанций, газоперекачивающих агрегатов, судовых установок, нагревателей, эксгаустеров и т.д. Технические возмож­ности и области применения авиадвигателей в промышленности расширя­ются [71].

Широкое распространение в различных отраслях промышленности нашли авиационные двигатели и за рубежом. Промышленные установки на базе авиационных двигателей проектируют и изготавливают фирмы General Electric, Cooper-Bessemer, Westing-1 lanse, Rolls-Royse, Bristol-Siddely- Engines и другие.

Эти фирмы из года в год увеличивают поставки авиационных газовых тур­бин для нужд других отраслей промышленности. Известно, что фирма Rolls- Royse организовала даже специальное подразделение по развитию и произ­водству промышленных и судовых газотурбинных двигателей (ГТД), выпус­каемых на базе авиационных двигателей.

Использование авиационных двигателей в качестве силовых установок предопределяет небольшие объемы работ и низкие капитальные затраты при строительстве объекта по сравнению с установками других типов.

В промышленности авиационные двигатели используются в трех основ­ных вариантах.

При первом варианте применяются без существенных переделок списан­ные двигатели, либо отработавшие установленный срок службы, либо техни­чески устаревшие, причем причина списания двигателя играет существенное значение, так как от этого зависит работоспособность и надежность создан­ной установки.

При втором варианте используются новые авиадвигатели с небольшими конструктивными изменениями и доработками, т.е. в этом случае осуществ­ляется запланированная поставка новых серийных двигателей.

При третьем варианте для промышленных установок требуется создание практически нового двигателя с использованием в качестве прототипа того или иного авиационного двигателя.

С точки зрения практики, самым простым и доступным является первый вариант. Известно, что гражданская авиация располагает в настоящее время довольно большим парком списанных двигателей, которые могут быть ис­пользованы в наземных установках.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наземное использо­вание авиационных двигателей как новых, так и отработавших свой летный ресурс, экономически оправдано и требует дальнейшего развития.

В настоящее время промышленные установки на базе авиационных дви­гателей применяются в различных отраслях промышленности и прежде все­го в нефтяной и газовой промышленности.

Ещё в 1970-х годах авиационные газотурбинные двигатели нашли широ­кое применение на магистральных газопроводах в качестве силовых устано­вок для привода центробежных нагнетателей природного газа. На базе авиа­ционного двигателя НК-12-МА созданы газотурбинные установки для газо­перекачивающих агрегатов АГТУ-5000 мощностью 5000 кВт и ГПА-Ц-6,3 мощностью 6300 кВт. Создание этих агрегатов явилось первым в нашей стране опытом применения модернизированного авиационного двигателя для привода газового нагнетателя.

Агрегат АГТУ-500Р состоял из блока турбогруппы, приямка с крышей для размещения маслохозяйства и пультовой.

Блок турбогруппы включает в себя нагнетатель и двигатель, которые рас­положены на соответствующих рамах на фундаменте. Воздух на вход двига­теля подается по воздуховоду с включенным в него шумоглушителем; вых­лопные газы из двигателя отводятся по вертикальной трубе высотой 12 м. Нагнетатель, двигатель и другое оборудование устраивают в блок боксы, предохраняющими их от атмосферных воздействий и позволяющими обслу­живать агрегат в нормальных условиях.

Ввод в промышленную эксплуатацию ГПА АПУ-5000 на компрессорной станции "Купянск" был осуществлен в феврале 1972 г.

Длительный опыт эксплуатации Купянской компрессорной станции по­зволил получить необходимые данные о работоспособности агрегата в ус­ловиях низких температур, а также уточнить требования к конструкции агре­гата, связанные с его открытым расположением. Он доказал принципиальную возможность и технико-экономическую целесообразность использования в качестве привода центробежных нагнетателей газа авиационных газотурбин­ных двигателей, отработавших летный ресурс.

Кроме того, впервые практически доказана для такого типа газоперека­чивающих агрегатов возможность их успешной эксплуатации в блок-контей­нерах без здания турбокомпрессорного цеха, что приводит к резкому сокра­щению сроков строительства компрессорных станций.

Газоперекачивающие агрегаты ГПА-Ц-6,3 внедрены в эксплуатацию на компрессорных станциях газопроводов Оренбург - Куйбышев и Нижняя Тура - Горький в 1974-1975 гг. На начало мая 1976 г. их установленная мощность составила 290 МВт и общее число часов работы - 160 тыс. В АГТУ-5000 был использован серийный авиационный двигатель ПК-12 МА,отработавший лет­ний ресурс и приспособленный для работы в составе ГПА, а для газоперекачи­вающего агрегата ГПА-Ц-6,3 была создана специальная газотурбинная уста­новка ПК-12СТ со свободной турбиной на базе этого же двигателя. При со­здании установки было обеспечено максимальное использование узлов и де­талей серийного двигателя, запас устойчивости работы при минимальной мощности, достаточно высокая экономичность, умеренная температура газа перед турбиной для гарантирования надежности двигателя (рис. 1.47).

Опыт эксплуатации этих двигателей в составе газоперекачивающих агре­гатов показал, что надежная работа авиационного двигателя в промышлен­ных установках в значительной степени зависит от обеспечения следующих условий: равномерного поля давления на входе в компрессор, достаточной чистоты воздуха, поступающего в компрессор, требуемой центровки комплекса двигатель-нагнетатель, правильного отвода выхлопных газов, необхо­димой очистки топливного газа, совершенства общей система смазки двига­теля и нагнетателя.

ГПА-Ц-6,3 представляет собой блочную установку, состоящую из авиа­ционного двигателя, центробежного нагнетателя природного газа и вспомо­гательных систем и оборудования.

Все основные элементы ГПА представляют собой блочные модули, сты­куемые между собой на месте монтажа.

Промышленная эксплуатация агрегата ГПА-Ц-6,3 на компрессорных станциях магистральных газопроводов подтвердила правомочность и целе­сообразность идеи использования авиационных двигателей в качестве при­вода центробежных нагнетателей природного газа.

Для повышения эффективности использования газоперекачивающих агрегатов ГПЛ-Ц-6,3 как при строительстве, так и при эксплуатации комп­рессорных станций магистральных газопроводов необходимо было даль­нейшее совершенствование конструкции агрегата, его основных и вспо­могательных систем, компоновочных решений КС, а также комплектно- блочного метода строительства компрессорных станций с этими агрега­тами.

Выпуск блочно-комплектного агрегата ГПА-Ц-6,3 явился толчком для принятия новых технических решений при проектировании КС. Так, произве­дена унификация генерального плана для всех проектируемых КС с этими аг­регатами. Пылеуловители, АВО газа, установки но подготовке топливного и пускового газа и технологические узлы станций разработаны в блочном ис­полнении. Из сборных конструкций выполняется блок вспомогательных служб, в состав которого входят: узел связи, мастерская, котельная, быто­вые помещения.

Капитальные затраты на строительство КС, оборудованной ГПА-Ц-6,3, на 35% ниже, а срок строительства почти в 2 раза меньше по сравнению с КС, оборудованной стационарными газотурбинами такой же мощности.

В качестве привода газоперекачивающего агрегата нашел применение и авиационный двигатель АИ-20. На базе этого двигателя институтом УКР- НИИгаз был создан газоперекачивающий агрегат АГТУ-2000.

Турбовинтовой двигатель АИ-20 использован в передвижном одноваль- ном газоперекачивающем агрегате АГТУ-2000 мощностью 2000 кВт с на­гнетателем типа 102. Он предназначен для компримирования природного газа на линейных и дожимных компрессорных станциях.

Агрегат был выполнен в блочном исполнении и состоял из следующих бло­ков: привода и нагнетателя, маслопровода, управления и КИП, обвязки, масло­бака и топливной системы. В АГТУ-2000 двигатель и нагнетатель были смонти­рованы на общей жесткой раме и могли транспортироваться на трейлерах.

Применение авиационных двигателей в качестве привода ГПА получило распространение благодаря ряду преимуществ перед стационарными:

4. большой мощностью при малой массе;

5. быстрому монтажу и демонтажу;

6. быстрому запуску и выходу на режим;

•дистанционной системе управления и регулирования режима двигателя;

7. возможностью создания передвижных газоперекачивающих агрегатов;

8. высоким техническим показателям и т.д.

В 1964 - 1967 гг. Запорожским моторостроительным заводом совмест­но с организациями нефтедобывающей промышленности были созданы и внедрены на пефтегазопромыслах буровые установки с газотурбинными двигателями.

Имеется опыт использования авиационных двигателей и в нефтяной про­мышленности, например по эксплуатации турбоиасосной установки ПГБУ- 2ЖР с авиационным двигателем в системе магистрального нефтепровода Омск - Туймазы2.

Интересен опыт использования авиадвигателей в практике строительства промышленных объектов в труднодоступных и малонаселенных районах. На строительстве гидроузла Норильской электростанции установка с двигате­лем АИ-20 использовалась для очистки от снега и льда оснований для стро­ительства плотин. На строительстве Вилюйской ГЭС нашла применение теп­ловая машина с авиадвигателем на базе гусеничного трактора для уборки скальной породы, оттаивания льда и очистки оснований плотин, которая за­меняла труд 160 человек.

Опыт использования газотурбинных авиационных двигателей в различных отраслях народного хозяйства показывает, что разработанные промышлен­ные установки с этими двигателями могут быть успешно применены при строительстве газовых и нефтяных промыслов, магистральных газо- и неф­тепроводов, особенно в северных условиях. Значительный экономический эффект может дать применение тепло-генераторных машин на базе авиадви­гателей, например для размораживания сыпучих грунтов, поступающих на строительные объекты, для обогрева фундаментов, для обогрева автомашин при их открытой стоянке, для ускорения сушки и повышения качества лакок­расочных покрытий при производстве малярных работ, при строительстве ледяных дорог, продления навигации в акватории портов на северных реках, при испытаниях трубопроводов и резервуаров в зимних условиях и т. д.